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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Zusammenbau einer solchen Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7.
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Eine elektrifizierte Fahrzeugachse für ein zweispuriges Kraftfahrzeug weist eine Elektromaschine auf, die über ein Getriebe sowie über ein Achsdifferenzial auf Abtriebswellen abtreibt, die jeweils zu einem Fahrzeugrad führen.
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In einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist ein zylindrisches Statorgehäuse der Elektromaschine in Axialrichtung mit einem Getriebegehäuse verlängert, die an einer Fügeebene miteinander verschraubt sind. An der Fügeebene geht eine Statorgehäuse-Seite in eine Getriebegehäuse-Seite über. Die Schraubachse an der Schraubstelle ist achsparallel zur Statorgehäuse-Achse ausgerichtet.
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In einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel ist die Schraubstelle wie folgt realisiert: Ein Schraubbolzen der Schraubstelle ist durch ein gewindefreies Schraubloch des Statorgehäuses geführt und in Gewindeeingriff mit einer am Getriebegehäuse ausgebildeten Innengewinde-Bohrung, so dass ein Öffnungsrandbereich des Statorgehäuse-Schraubloches zwischen einem Bolzenkopf des Schraubbolzens und dem Getriebegehäuse verspannt ist. Dadurch ergibt sich im Stand der Technik der folgende Zusammenbau-Prozess: So wird zunächst in einem Bereitstellungs-Prozessschritt ein noch leeres Statorgehäuse bereitgestellt und mit Elektromaschinen-Komponenten bestückt. Die Statorgehäuse-Achse ist dabei in Bearbeitungs-Hochrichtung derart ausgerichtet, dass die Fügefläche zur Anbindung an das Getriebegehäuse auf der Statorgehäuse-Oberseite positioniert ist. Anschließend erfolgt ein Umschlag-Prozessschritt, in dem das bestückte Statorgehäuse um 180° umgeschlagen wird. Anschließend wird das umgeschlagene Statorgehäuse in einem Zustell-Prozessschritt in vertikaler Zustellbewegung von oben nach unten auf das Getriebegehäuse gesetzt. Zum Prozessende wird ein Schraub-Prozessschritt durchgeführt, in dem der Schraubbolzen in einer vertikalen Fügerichtung von oben nach unten in die Schraubstelle zwischen Statorgehäuse und Getriebegehäuse eingeschraubt wird.
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Im obigen Vergleichsbeispiel befindet sich der Bolzenkopf des Schraubbolzens, das heißt der Werkzeugansatz, auf der Statorgehäuse-Seite (das heißt unmittelbar seitlich neben dem Außenumfang des Statorgehäuses). Ein Werkzeugzugang zum Bolzenkopf ist aufgrund der beengten Raumverhältnisse nur störkonturbehaftet möglich. Zudem ist im Zusammenbau-Prozess ein fertigungstechnisch sowie montagetechnisch aufwendiger Umschlag-Prozessschritt durchzuführen, damit eine hängende Verschraubung, das heißt eine Verschraubung in einer Fügerichtung von unten nach oben, vermieden werden kann.
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Aus der
DE 10 2015 112 684 A1 ist ein Aktuator zum Ankoppeln an die Verstellwelle eines Verbrennungsmotors zum Einstellen des Expansionshubes bekannt. Aus der
DE 10 2019 133 843 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit für Fahrzeuge bekannt. Aus der
DE 43 42 185 A1 ist ein Getriebe bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse bereitzustellen, bei der ein Zusammenbau-Prozess im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einer Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse aus, bei der eine Elektromaschine über ein Getriebe auf Abtriebswellen abtreibt, die jeweils zu einem Fahrzeugrad führen. In der Antriebsvorrichtung ist ein zylindrisches Statorgehäuse der Elektromaschine in Axialrichtung mit einem Getriebegehäuse verlängert. Das Statorgehäuse und das Getriebegehäuse sind an einer Fügeebene miteinander verschraubt, an der eine Statorgehäuse-Seite in eine Getriebegehäuse-Seite übergeht. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die zumindest eine Schraubstelle zwischen dem Getriebegehäuse und dem Statorgehäuse einen Schraubbolzen auf, der durch ein gewindefreies Schraubloch des Getriebegehäuses geführt ist und in Gewindeeingriff mit einer am Statorgehäuse ausgebildeten Innengewinde-Bohrung ist. Auf diese Weise kann ein Öffnungsrandbereich des Getriebegehäuses-Schraubloches zwischen einem Bolzenkopf des Schraubbolzens und dem Statorgehäuse verspannt sein.
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Im Unterschied zum Stand der Technik befindet sich der, einen Werkzeugansatz bildende Schraubbolzen-Bolzenkopf nicht mehr auf der störkonturbehafteten Statorgehäuse-Seite, sondern vielmehr auf der Getriebegehäuse-Seite. Der Werkzeugzugang zum Schraubbolzen erfolgt daher störkonturfrei auf der Getriebegehäuse-Seite.
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In einer technischen Umsetzung kann das gewindefreie Schraubloch des Getriebegehäuses in den Getriebegehäuse-Innenraum münden. Auf diese Weise ist der Bolzenkopf des Schraubbolzens im Zusammenbauzustand im Getriebegehäuse-Innenraum positioniert und daher vor getriebeäußeren Einflüssen geschützt.
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In einer konkreten Ausführungsvariante kann das Getriebegehäuse aus zwei Gehäuseteilen aufgebaut sein, die in einer Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Die beiden Gehäuseteile können ein Zwischengehäuse und ein Gehäusedeckel sein. Das Zwischengehäuse wird unmittelbar mit dem Statorgehäuse verschraubt, während der Gehäusedeckel am Zwischengehäuse verschraubt wird und den Getriebegehäuse-Innenraum in Axialrichtung schließt.
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Das Zwischengehäuse und der Gehäusedeckel können an zumindest einer zweiten Schraubstelle miteinander verschraubt sein. Diese kann ebenfalls einen Schraubbolzen aufweisen, der durch ein gewindefreies Schraubloch des Gehäusedeckels geführt ist und in Gewindeeingriff mit einer am Zwischengehäuse ausgebildeten Innengewinde-Bohrung ist. Auf diese Weise wird ein Öffnungsrandbereich des Gehäusedeckel-Schraubloches zwischen einem Schraubbolzen-Bolzenkopf und dem Zwischengewinde verspannt.
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Im Hinblick auf eine automatisierte Serienfertigung ist es bevorzugt, wenn die Fügerichtung des Schraubbolzens an der ersten Schraubstelle und des Schraubbolzens an der zweiten Schraubstelle zueinander identisch sind. Die Innengewinde-Bohrung an der ersten Schraubstelle und/oder an der zweiten Schraubstelle kann bevorzugt als ein Sackloch mit geschlossenem Bohrgrund ausgebildet sein. Zudem können die Schraubachsen der ersten Schraubstelle und/oder der zweiten Schraubstelle achsparallel zur Statorgehäuse-Achse ausgerichtet sein.
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Mit der Erfindung ist der nachfolgend beschriebene Zusammenbau-Prozess durchführbar: So wird zunächst in einem Bereitstellungs-Prozessschritt ein noch leeres Statorgehäuse bereitgestellt und mit Elektromaschinenkomponenten bestückt. Die Statorgehäuse-Achse ist dabei in einer Bearbeitungs-Hochrichtung ausgerichtet, und zwar so, dass die Fügefläche zur Anbindung an das Getriebegehäuse (insbesondere an das Zwischengehäuse) auf der Statorgehäuse-Oberseite positioniert ist. Anschließend erfolgt ein Zustellschritt, in dem in einer vertikalen Zustellbewegung das Getriebegehäuse (insbesondere das Zwischengehäuse) von oben nach unten auf die Statorgehäuse-Fügefläche gesetzt wird. Zum Prozessende wird ein Schraub-Prozess durchgeführt, in dem der Schraubbolzen in einer vertikalen Fügerichtung von oben nach unten in die Schraubstelle zwischen Statorgehäuse und Getriebegehäuse (insbesondere Zwischengehäuse) eingeschraubt wird.
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Anschließend kann ein zweiter Zustellschritt erfolgen, in dem in einer vertikalen Zustellbewegung der Gehäusedeckel von oben nach unten auf eine korrespondierende Zwischengehäuse-Fügefläche gesetzt wird. In einem anschließenden Schraub-Prozessschritt wird ein Schraubbolzen in einer vertikalen Fügerichtung von oben nach unten in die Schraubstelle zwischen Gehäusedeckel und Zwischengehäuse eingeschraubt.
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Bevorzugt ist daher im Vergleich zum Stand der Technik kein Umschlag-Prozessschritt mehr erforderlich, um eine hängende Verschraubung, das heißt eine Verschraubung in Fügerichtung von unten nach oben zu vermeiden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Darstellung eine elektrifizierte Fahrzeugachse;
- 2 eine zusammengebaute Antriebsvorrichtung für die Fahrzeugachse;
- 3 in einer Detailansicht die Gehäuse-Verschraubungen in der Antriebsvorrichtung;
- 4 und 5 jeweils Ansichten, die einen Zusammenbau-Prozess veranschaulichen;
- 6 in einer Ansicht entsprechend der 3 ein Vergleichsbeispiel.
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In der 1 ist eine elektrifizierte Fahrzeugachse gezeigt, die mit einer Elektromaschine EM ausgestattet ist. Die Elektromaschine EM ist über ein zweistufiges Vorgelege 1 mit einem Achsdifferenzial 3 trieblich verbunden, von dem rechte und linke Abtriebswellen 5, 7 zu Vorderrädern 9 der Fahrzeugachse geführt sind. Die Rotorwelle 11 der Elektromaschine EM ist über eine angedeutete momentenübertragende Kopplung 6 (zum Beispiel, eine Passverzahnung) mit einer Getriebeeingangswelle 12 koaxial verbunden. Auf der Getriebeeingangswelle 12 sitzt ein Festzahnrad 13, das Bestandteil eines Vorgeleges 1 ist. Das Festzahnrad 13 der Getriebeeingangswelle 12 kämmt mit einem auf einer Zwischenwelle 15 sitzenden Festzahnrad 17. Ein weiteres Festzahnrad 19 der Zwischenwelle 15 kämmt mit einem eingangsseitigen Außenzahnrad 21 des Vorderachsdifferenzials 3. Die Elektromaschine EM ist achsparallel zu den beiden Abtriebswellen 5, 7 ausgerichtet.
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Wie aus der 2 hervorgeht, weist die Elektromaschine EM ein zylindrisches Statorgehäuse 23 auf, das in der Axialrichtung mit einem Getriebegehäuse 25 verlängert ist. Im Getriebegehäuse 25 sind sowohl das Vorgelege 1 als auch das Achsdifferenzial 3 angeordnet. Das Getriebegehäuse 25 ist in der 2 zweiteilig aufgebaut, und zwar aus einem Zwischengehäuse 27 und einem Gehäusedeckel 29. Das Zwischengehäuse 27 und das Statorgehäuse 23 sind über erste Schraubstellen S1 an einer Fügeebene F miteinander verschraubt, an der (in Axialrichtung betrachtet) eine Statorgehäuse-Seite 31 in eine Getriebegehäuse-Seite 33 übergeht. In gleicher Weise sind das Zwischengehäuse 27 und der Gehäusedeckel 29 an zweiten Schraubstellen S2 miteinander verschraubt.
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Gemäß der 3 ist ein Wellenende der Getriebeeingangswelle 12 über ein Drehlager 14 im Gehäusedeckel 29 gelagert. Die Zwischenwelle 15 ist über weitere Drehlager 16 sowohl im Gehäusedeckel 29 als auch im Zwischengehäuse 27 drehgelagert. Die Rotorwelle 11 ist über ein Drehlager 10 in einer Lageröffnung 8 des Zwischengehäuses 27 drehgelagert.
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In der in der 3 gezeigten ersten Schraubstelle S1 ist ein Schraubbolzen 35 durch ein gewindefreies Schraubloch 37 des Zwischengehäuses 27 geführt und in Gewindeeingriff mit einer am Statorgehäuse 23 ausgebildeten Innengewinde-Bohrung 39. Ein Öffnungsrandbereich 41 des Getriebegehäuse-Schraubloches 37 ist daher zwischen einem Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 und dem Statorgehäuse 23 verspannt.
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In der in der 3 gezeigten zweiten Schraubstelle S2 ist ein Schraubbolzen 45 durch ein gewindefreies Schraubloch 47 des Gehäusedeckels 29 geführt und in Gewindeeingriff mit einer am Zwischengehäuse 27 ausgebildeten Innengewinde-Bohrung 49. Ein Öffnungsrandbereich 51 des Gehäusedeckel-Schraubloches 47 ist zwischen dem Bolzenkopf 53 des Schraubbolzens 45 und dem Zwischengehäuse 27 verspannt.
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Wie aus der 3 weiter hervorgeht, sind die Innengewinde-Bohrungen 39, 49 als Sacklöcher mit jeweils geschlossenem Bohrungsgrund ausgebildet. Die Schraubachsen der beiden Schraubstellen S1, S2 sind achsparallel zur Statorgehäuse-Achse A ausgerichtet. Zudem sind die Fügerichtungen der beiden Schraubbolzen 35, 45 identisch, das heißt in der dargestellten Bearbeitungsposition von oben nach unten.
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Nachfolgend wird anhand der 4 und 5 ein Zusammenbau-Prozess beschrieben, bei dem das Statorgehäuse 23, das Zwischengehäuse 27 und der Gehäusedeckel 29 in einer nicht gezeigten Bearbeitungsstation zusammengebaut werden: So wird in einem (nicht dargestellten) Bereitstellungs-Prozessschritt das noch leere Statorgehäuse 23 bereitgestellt und mit Elektromaschinen-Komponenten (zum Beispiel einem Stator 55 und einem Rotor 57) bestückt. Im Bereitstellungs-Prozessschritt befindet sich das Statorgehäuse 23 in einer Bearbeitungsposition, in der die Statorgehäuse-Achse A in der Bearbeitungs-Hochrichtung z (4 und 5) ausgerichtet ist. Die Fügeflächen 59 (4) zur Anbindung an das Zwischengehäuse 27 sind daher auf der Statorgehäuse-Oberseite positioniert.
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Anschließend erfolgt ein Zustell-Prozessschritt, in dem in einer vertikalen Zustellbewegung das Zwischengehäuse 27 von oben nach unten auf die Statorgehäuse-Fügeflächen 59 gesetzt wird. In einem abschließenden Schraub-Prozessschritt (4) wird der Schraubbolzen 35 in einer vertikalen Fügerichtung von oben nach unten in die Schraubstelle S1 zwischen Statorgehäuse 23 und Zwischengehäuse 27 eingeschraubt.
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In einem zweiten Zustellschritt wird in einer vertikalen Zustellbewegung der Gehäusedeckel 29 von oben nach unten auf eine Zwischengehäuse-Fügefläche 61 (4 oder 5) gesetzt. Im folgenden Schraub-Prozessschritt ( 5) wird der Schraubbolzen 45 in einer vertikalen Fügerichtung von oben nach unten in die zweite Schraubstelle S2 zwischen Zwischengehäuse 27 und Gehäusedeckel 29 eingeschraubt.
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Die Fügerichtungen der beiden Schraubbolzen 35, 37 an der ersten Schraubstelle S1 und an der zweiten Schraubstelle S1, S2 sind identisch. Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass sich der Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 auf der Getriebegehäuse-Seite 33 befindet. Dadurch kann ein Werkzeugzugang zum Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 auf der Getriebegehäuse-Seite 33 störkonturfrei erfolgen. Zudem ist der Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 im Gehäuse-Inneren angeordnet.
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Ein solcher störkonturfreier Werkzeugzugang zum Schraubbolzen 35 der ersten Schraubstelle S1 ist dagegen in dem, in der 6 gezeigten Vergleichsbeispiel nicht möglich: In der 6 ist der Schraubbolzen 35 (von unten nach oben) durch ein gewindefreies Schraubloch 63 des Statorgehäuses 23 geführt und in Gewindeeingriff mit einer am Zwischengehäuse 27 ausgebildeten Innengewinde-Bohrung 65. Ein Öffnungsrandbereich des gewindefreien Schraubloches 63 ist zwischen dem Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 und dem Zwischengehäuse 27 verspannt. Der Werkzeugansatz am Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 befindet sich in der 6 nicht auf der Getriebegehäuse-Seite 33, sondern auf der Statorgehäuse-Seite 31, und zwar unmittelbar seitlich neben dem Außenumfang des Statorgehäuses 23. Aufgrund der beengten Bauraumverhältnisse ist lediglich ein störkonturbehafteter Werkzeugzugang zum Bolzenkopf 43 des Schraubbolzens 35 ermöglicht, bei dem der Statorgehäuse-Außenumfang eine, einen einfachen Werkzeugzugang entgegenstehende Störkontur bildet. Zudem erfolgt vor Durchführung des Schraub-Prozessschrittes ein zusätzlicher Umschlag-Prozessschritt, in dem das Statorgehäuse 23 um 180° umgeschlagen wird. In einem anschließenden Zustell-Prozessschritt wird das umgeschlagene Statorgehäuse 23 auf dem Zwischengehäuse 27 angeordnet und dort in einem Schraub-Prozessschritt verschraubt. Der Umschlag-Prozessschritt ist erforderlich, um eine hängende Verschraubung, das heißt eine Verschraubung des Statorgehäuses 23 in einer Fügerichtung von unten nach oben zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorgelege
- 3
- Achsdifferenzial
- 6
- momentenübertragende Kopplung
- 5, 7
- Abtriebswellen
- 8
- Lageröffnung
- 9
- Fahrzeugräder
- 10
- Drehlager
- 11
- Rotorwelle
- 12
- Getriebeeingangswelle
- 13
- Festzahnrad
- 14
- Drehlager
- 15
- Zwischenwelle
- 16
- weitere Drehlager
- 17, 19
- Festzahnräder
- 21
- Außenzahnrad
- 23
- Statorgehäuse
- 25
- Getriebegehäuse
- 27
- Zwischengehäuse
- 29
- Gehäusedeckel
- 31
- Statorgehäuse-Seite
- 33
- Getriebegehäuse-Seite
- 35
- Schraubbolzen
- 37
- gewindefreies Schraubloch
- 39
- Innengewinde-Bohrung
- 41
- Öffnungsrandbereich
- 43
- Bolzenkopf
- 45
- Schraubbolzen
- 47
- gewindefreies Schraubloch
- 49
- Innengewinde-Bohrung
- 51
- Öffnungsrandbereich
- 53
- Bolzenkopf
- 55
- Stator
- 57
- Rotor
- 59
- Fügeflächen
- 61
- Fügeflächen
- F
- Fügeebene
- S1
- erste Schraubstelle
- S2
- zweite Schraubstelle
- A
- Statorgehäuse-Achse
- EM
- Elektromaschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015112684 A1 [0006]
- DE 102019133843 A1 [0006]
- DE 4342185 A1 [0006]
